探讨接地故障引起电气火灾的防护措施阶段

引言

据近几年的统计，我国发生电气火灾高居火灾事故总数的首位，约占总数的30％左右。在电气火灾中，电气短路引起的火灾事故又占一半以上。电气事故包括触电、雷电、静电、电气故障、电磁场危害等，往往引起火灾与爆炸、电气线路和设备故障、直接人身伤害等。

1.电气火灾事故的多发性

1.1电气短路的形式

电气短路的形式有两种：一种是导体间直接接触，如相与相之间、相与N线之间短路，短路点往往被高温熔焊的金属短路，称为金属性短路；另一种则是带电导体对地短路，是以电弧为通路的电弧性短路。前者短路电流以若干千安计，金属线心产生高温以至炽热，绝缘被剧烈氧化而自燃，火灾危险甚大，但金属性短路产生的大短路电流能使断路器瞬时动作切断电源，火灾往往得以避免。后者因短路电流受阻抗影响，电弧长时间延续，而电弧引起的局部温度可高达3000～4000℃，很容易烤燃附近可燃物质引起火灾，但由于接地故障引起的短路电流较小，不足以使一般断路器动作跳闸切断电源，所以电弧性短路引起火灾危险远大于金属性短路。

在电气线路短路引起的火灾中，接地故障电弧引起的火灾远多于带电导体间金属性短路引起的火灾。这首先是因为电弧性接地故障发生的几率远大于带电导体间短路的几率。

一旦发生接地故障，由它引起危险电弧的几率也远大于带电导体间产生危险电弧的几率，这可用图1来说明。图中a、b、c和d各为相线、中性线和PE线的连接端子。a、b两端子如连接不良或不导电，设备将不运转或运转不正常，可及时觉察予以修复，不致引发事故。但PE线的端子c、d不导电或导电不良却不易觉察，因设备仍能照常运转，这时c、d端子的连接不良将成为一个事故隐患而持续存在。若一旦发生图1所示碰外壳接地故障，如果c、d端子不导电，设备外壳对地带相电压而导致电击事故。如果c、d端子导电不良，端子处将进发电火花或电弧（延续和集中的电火花即为电弧），很易引起火灾。

因此在接地故障回路全为金属导体的TN—C—S系统中，其导电性能不良失去接地保护时，并不影响电气设备的正常运行，故不易发现。但一旦发生接地故障，连接点的阻抗限制了短路电流，不能使断路器动作，而导致上述电弧性短路的发生。至于TT系统，其接地故障回路内串有电源的接地保护和设备外壳的接地保护，两个接地电阻造成回路本身的阻抗就很大，更易发生电弧性短路。由此可知，接地故障的回路阻抗大，使它易以电弧短路的形式出现，这也是单相接地短路故障容易导致火灾的一个重要原因。

2.电气设备电弧性接地故障

电力线路受机械损伤而发生短路，如当导线与金属管道构件接触而无套管保护时，长期磨擦使绝缘损坏，这种短路多为单相接地故障造成，易发生电弧性短路。通常电气设备绝缘损坏产生电弧性接地故障的情况还有：导线和电气设备绝缘老化；电器或电动机的接线端子周围绝缘因长期发热而炭化；电动机过载而发生匝间短路；电气设备受潮或严重凝露；在电气设备中有导电尘埃沉积等。这类故障会引起接地电弧性短路，并酿成火灾。在这种情况下，泄漏电流产生的发热功率约为60～100W，这功率如释放在几个平方毫米上，此时只要周围有可燃材料就会引起火灾。

3.电气短路接地故障

当线路因过负荷使绝缘温度超过最高允许工作温度，绝缘老化加速使绝缘水平降至规定值以下，如果没有外因触发，短路一般还不会发生。如果有外因触发，如雷电引起的瞬态过电压、邻近大功率设备的操作过电压，以及变电所高电压侧接地故障引起的暂态过电压等，则在此大幅值过电压冲击下，老化的绝缘将被击穿而形成弧光短路。过电压转眼消失，工频短路电弧却能长时间延续，这是因为电弧的高阻抗限制了短路电流，使断路器不可能动作。这类过电压多出现在带电导体与地之间，所以这种短路也多为单相接地短路。

电气短路以单相接地故障居多，电气火灾的危险则以电弧性接地为最严重。还需说明，接地故障回路的阻抗较大，这是形成电弧性短路的一个重要原因。不论是TN系统还是TT系统，接地故障回路的阻抗都大于带电导体短路回路的阻抗。

4.电气火灾的防护

4.1保持防火距离

电气火灾时由电火花或电器过热引燃周围易燃物形成的，电气安装的位置应适当避开易燃物。

4.2保持电器、线路正常运行

保持电器、线路正常运行主要指保持电器和线路的电压、电流、温升不超过允许值，保持足够的绝缘强度，保持连接或接触良好。这样可以避免事故火花和危险温度的出现，消除引起电气火灾的根源。

保护功能的断路器

要防止电弧性接地短路，应大力推广使用带漏电保护功能的断路器，就一般建筑而言，除线路末端装设30mA的漏电保护器（RCD）外，进线处应装设带漏电保护功能的三相断路器，漏电动作电流可选300mA或500mA，带0.15～0.3秒延时。带漏电保护功能的断路器其延时功能可与第二级30mA的RCD配合，实现选择性保护，而且500mA以下电弧能量尚不足以引燃起火，这样可有效消除现时大盘发生的电弧性接地短路引起的火灾危险。

4.4经小电阻接地的10KV电网，变电所应等电位连接或者接地网分开设置

为防止经小电阻接地的10KV供电网接地故障时过高的暂态过电压传导到低压用户的设备上，可以将变电所的供电系统保护接地和低压系统的接地网分开设置，并且二者应有一定的距离，使上述暂态过电压无法由原来共用的接地网传导到低压用户去。另外，也可以大大减小变电所工作接地电阻值，并调整10KV经小电阻接地系统的小电阻阻值，以控制10KV供电系统的接地短路电流在一定范围内，使上述暂态过电压不致达到危险值。如果变电所设在高层建筑内，则变压器的保护接地和低压侧的工作接地可以通过等电位联接而共用一个接地体，即把建筑物的基础钢筋、金属管道、电缆金属外皮等做等电位联接，当变电所发生10KV接地故障时，建筑物所有金属部分共同处于同一电位，不致引起电击事故。因此，有等电位联接的高层建筑低压系统接地可与该变压器、高压柜保护接地共用接地装置。

4.5适当提高设计标准，确保施工质量

随着经济发展，今后会有更多的用电设备进入家庭和写字楼，电气设计应以发展的眼光选择导线截面，适应未来的需要。同时还应充分考虑到导线载流量偏大问题，严格控制线路的长度不超过允许范围，杜绝隐患。在施工中应严格按规范操作，做好线路连接、大功率灯具防火、保护线路绝缘、防止中性线断裂等工作，消除不必要的隐患。另外，我国国家标准的建筑防火设计规范、电气施工验收规范等与IEC相关标准有一定的差距，一些电气火灾隐患的防范在这些规范中未作具体规定，因此应提高国家标准及规范的电气安全水平，并制定导线载流量的国家标准，以利于措施的落实。

5.结论

为防止接地短路故障引起的电气火灾，在电源进线处装用带剩余电流保护功能的断路器和电气火灾监控系统是一项重要的防火灾措施。在进线处安装带过载保护、短路保护、剩余电流保护于一体的多功能低压断路器和电气火灾监控装置，不仅可以保护线路、保护设备，而且还可防止因接地故障引起的电气火灾。